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Die Erfindung betrifft eine Wärmebehandlung von gewalztem Stabstahl sowie ein Stabstahlwalzwerk.
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Walzwerke zum Behandeln von Stabstählen sind an sich hinlänglich in verschiedenster Weise und seit über 100 Jahren bekannt, Hierbei werden verschiedene Stahlsorten bzw. Legierungen in Stabform einem Walzvorgang unterzogen, wobei es insbesondere auch bekannt ist, derartige gewalzte Stabstähle noch nachträglich einer Wärmebehandlung zu unterziehen, indem diese in einem Ofen separat angelassen, also gezielt erwärmt werden, und dann gezielt abgekühlt werden, um das Kristallgefüge in dem Stab entsprechend zu beeinflussen. Abweichend hiervon ist ein Inline-Prozess bekannt, bei welchem der gewalzte Stabstahl unmittelbar nachdem Walzen, aus einem Walzgerüst kommend unter Nutzung der Walzhitze abgeschreckt wird. Hierbei erfolgt nach dem Abschrecken, was naturgemäß lediglich von der Oberfläche des Stabstahls ausgehend wirksam werden kann, eine Wiedererwärmung bzw. selbsttätiges Anlassen der Außenseite des Stabstahls durch die noch im Inneren des Stabstahls vorhandene Wärmeenergie, um auf diese Weise eine Martensit-Randschicht bereitzustellen, die dann durch die Wärme des Kerns des Stabstahls wieder angelassen wird.
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Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Stabstahlwalzwerk sowie eine Wärmebehandlung von gewalztem Stahl bereitzustellen, welche einerseits eine äußerst flexible Wärmebehandlung ermöglichen und andererseits energetisch verhältnismäßig günstig sind.
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Als Lösung wird einerseits eine Wärmebehandlung von gewalztem Stahl vorgeschlagen, welche sich dadurch auszeichnet, dass der Stabstahl nach dem Walzen aus einem Walzgerüst kommend von außen erwärmt und anschließend abgekühlt wird. Durch die nachträgliche Erwärmung, wenn der Stabstahl aus dem Walzgerüst kommt und mithin noch nicht in einem Lager gelagert wurde, wird einerseits die Bandbreite, mit welcher der Stabstahl wärmebehandelt werden kann, gegenüber dem Inline-Prozess erhöht, wobei andererseits dadurch, dass das Erwärmen erfolgt, wenn der Stabstahl aus dem Walzgerüst kommt, ein großer Teil der Walzhitze, also der beim bzw. zum Walzen in den Stabstahl eingebrachten Wärme, für die Wärmebehandlung genutzt werden kann.
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Vorzugsweise wird der Stabstahl aus dem Walzgerüst kommend zunächst in einer Kühlstrecke abgekühlt und dann von der Kühlstrecke kommend unmittelbar wieder erwärmt. Auf diese Weise erhöht sich die Bandbreite der Wärmebehandlung weiter, da durch das Abkühlen und das anschließende Wiedererwärmen ein Wärmeminimum in das Innere des Stabstahls eingebracht werden kann, sodass das sich an das Wiedererwärmen anschließende Abkühlen gegenüber einem reinen Abschrecken zu einem veränderten Temperaturgradienten in dem Stabstahl führt. Dementsprechend kann hierdurch die Bandbreite, mit welcher die gewalzte Stabstahlwärme behandelt werden kann, weiter erhöht werden.
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Insbesondere kann der Stabstahl nach dem Walzen aus dem Walzgerüst kommend zunächst in einer Kühlstrecke auskühlen gelassen und dann von der Kühlstrecke kommend von außen wiedererwärmt werden. Ein derartiges Auskühlen erfolgt, insbesondere unter Verzicht auf Kühlmedien oder sogar auf ein Abschrecken, allein durch Abgabe der Wärmeenergie an die Umgebung und ist an sich äußerst materialschonend, insbesondere im Bereich der Oberfläche des Stabstahls. Aus dem Grunde löst eine derartige Wärmebehandlung vom gewalzten Stabstahl die eingangs gestellte Aufgaben auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung, wobei dadurch, dass der Stabstahl nach dem Walzen aus dem Walzgerüst kommend zunächst auskühlen gelassen und dann von der Kühlstrecke kommend von außen wiedererwärmt wird, bei dem Auskühlen lediglich ein Minimum an Wärme dem Stabstahl entzogen wird, sodass das anschließende Wiedererwärmen nach wie vor energetisch günstig erfolgt.
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Schon dadurch, dass letztlich der Stabstahl unter Umgehung eines Lagers nach dem Walzen erwärmt wird, wobei es letztlich keine Rolle spielt, ob jeweils zwischendrin ein Abkühlen, vorzugsweise ein Auskühlen, erfolgt, kann mithin einerseits der Energieverbrauch optimiert und die Flexibilität in der Wärmebehandlung des gewalzten Stabstahls maximiert werden. Mit der Energieersparnis geht in der Regel auch eine Zeitersparnis einher, da die Stabstähle nicht mehr aufwendig von Raumtemperatur ausgehend in einem Ofen angelassen werden müssen, wenn sie, wie aus dem Stand der Technik bekannt, aus dem Lager einer Wärmebehandlung zugeführt werden sollen.
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In Abweichung vom Stand der Technik erfolgt mithin dadurch, dass die Stabstähle aus einer bestimmten Bearbeitungsstation kommend einer weiteren Bearbeitungsstation zugeführt werden, eine Inline-Verarbeitung der Stabstähle, die einerseits ein Maximum an Flexibilität in der Behandlung der Stabstähle bei andererseits einen Minimum an Energieaufwand ermöglicht.
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Um Energie – und Zeitverluste – zu minimieren, ist es von Vorteil, wenn der Stabstahl aus dem Walzgerüst kommend an seiner Oberfläche zunächst um maximal 50% seiner Oberflächentemperatur abgekühlt, insbesondere auskühlen gelassen, wird. Vorzugsweise erfolgt eine derartige Abkühlung um maximal 40% der Oberflächentemperatur, mit welcher der Stabstahl das Walzgerüst verlässt.
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Kumulativ bzw. alternativ hierzu ist es von Vorteil, wenn der Stabstahl aus dem Walzgerüst kommend an seiner Oberfläche zunächst um wenigstens 5% seiner Oberflächentemperatur abgekühlt, insbesondere auskühlen gelassen, wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass eine ausgereichende Abkühlung erfolgt um den Temperaturgradienten auch im Inneren des Stabstahls in geeigneter Weise anpassen zu können. Je nach konkreter Umsetzung vorliegender Erfindung kann die Absenkung der Oberflächentemperatur wenigstens 8% an der Oberflächentemperatur des Stabsstahls, wenn dieser das Walzgerüst verlässt, erfolgen.
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Im vorliegenden Zusammenhang sei betont, dass der Begriff „Abkühlen” als Oberbegriff für Temperatursenkungen des Stabstahls angesetzt ist. Dieser umfasst insbesondere ein Abschrecken, welche mit einem sehr hohen Temperaturgradienten und in kürzester Zeit erfolgt, ein „gezieltes Abkühlen”, welche durch geeignete Kühlmedien, wie angeblasene Luft, Wasser oder sonstige durchgeführt wird, als auch ein „Auskühlen”, welches lediglich durch natürliche Konvektion, Wärmestrahlung des Stabstahls an seine Umgebung sowie – gegebenenfalls – Fahrtwind bei bewegten Stabstählen erfolgt und auf separate Kühlvorrichtungen verzichtet.
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In diesem Zusammenhang definiert der Begriff ”Ankühlen” ein abschreckungsfreies Abkühlen, also ein Auskühlen, bis zu lediglich maximal 50% bzw. maximal 40% der jeweiligen Ausgangsoberflächentemperatur. Vorzugsweise unterschreitet das Ankühlen eine untere Temperaturgrenze von 700°C nicht. Ein derartiges Ankühlen ermöglicht insbesondere ein Ausheilen und Ruhen der Stabstähle unmittelbar nach dem Walzvorgang sowie eine gezielte Beeinflussung des Temperaturgradienten innerhalb des jeweiligen Stabstahls unter Berücksichtigung der Walzhitze, dem nachträglichen Erwärmen sowie dem zwischenzeitlichen Ankühlen, ohne dass währenddessen schockartige Änderungen in dem Kristallgefüge auftreten. Dementsprechend ist es von Vorteil, wenn der Stabstahl nach dem Walzen aus einem Walzgerüst kommend zunächst in einer Kühlstrecke angekühlt und dann von der Kühlstrecke kommend von außen wiedererwärmt wird.
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Entsprechend gute Stabstahlqualitäten können erzielt werden, wenn der Stabstahl nach dem Walzen aus dem Walzgerüst kommend erwärmt und anschließend gezielt abgekühlt wird. Hierdurch lassen sich besonders tiefe Eingriffe in die inneren Strukturen bzw. in die Kristallstruktur des Stabstahls gewährleisten. Ein derartiges gezieltes Abkühlen kann insbesondere durch Wasser oder aber andere Maßnahmen, wie beispielsweise durch Anblasen mit kalter Luft oder ähnlichem, erfolgen. Vorzugsweise geht das gezielte Abkühlen soweit, dass der Stabstahl nach seiner Erwärmung abgeschreckt wird.
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Ebenso schlägt vorliegende Erfindung als weitere Lösung der eingangs gestellten Aufgabe ein Stabstahlwalzwerk vor, welches sich durch einen Ofen auszeichnet, der einem Walzgerüst, insbesondere einem Fertiggerüst, nachgeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung ist ein nachträgliches Erwärmen eines Stabstahls, welcher das Walzgerüst verlässt, möglich, ohne dass dieser hierzu zunächst eingelagert werden muss. Insofern kann ein Stabstahl von dem Walzgerüst kommend, ohne zum Stillstand zu kommen oder in ein Lager transportiert zu werden, zu dem Ofen gelangen, wodurch ein Energieverlust minimiert werden und die Walzhitze für den Erwärmungsvorgang genutzt werden kann.
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Hierbei weist der Ofen vorzugsweise eine Temperatur von mindestens 650°C, vorzugsweise von mindestens 700°C, auf. Bei darunter liegenden Temperaturen besteht die Gefahr, dass keine nennenswerten positiven Einflüsse auf die Stabstähle mehr ausgeübt werden können, da diese insbesondere beispielsweise durch die Walzhitze überdeckt werden.
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Durch den Ofen kann insbesondere ein gezieltes Erwärmen auf eine vorbestimmte Temperatur, auch im Inneren des Stabstahls, erfolgen. Bei einem Walzprozess sind Temperaturschwankungen in der Walzhitze typisch, so dass durch den Ofen bzw. durch ein nachgeschlatete4s Erwärmen von außen ein Ausgleich dieser Temperaturschwankungen möglich ist.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Walzgerüst und dem Ofen eine Kühlstrecke beispielsweise in Form eines Rollengangs, angeordnet. Eine derartige Kühlstrecke ermöglicht ein Abkühlen, insbesondere ein Auskühlen, bevor ein Stabstahl von dem Walzgerüst in den Ofen gelangt, wobei dadurch, dass ein Lager oder ein sonstiger zwingender Stopp des Stabstahls zwischen Walzgerüst und Ofen nicht vorgesehen ist, Energieverluste auf ein Minimum reduziert werden können. Gleichwohl ermöglicht der Ofen eine Wärmebehandlung des Stabstahls nachdem Walzen, insbesondere das gezielte Erwärmen, wie bereits vorstehend erläutert.
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Auch kann zwischen dem Walzgerüst und dem Ofen ein Austrag angeordnet sein. Durch einen derartigen Austrag können Stabstähle, welche einer nachträglichen Wärmebehandlung nicht unterzogen werden sollen, abgezweigt und in herkömmlicher Weise weiterbehandelt werden.
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Als ein derartiger Austrag können beispielsweise eine Weiche oder Transfereinrichtung, beispielsweise Röllchenschienen, Kettenförderer, angetriebene Scheibenrollen oder Riemenförderer, die heb- und senkbar montiert sind, oder aber Schieber, dienen. Diese Maßnahmen ermöglichen es, in herkömmlicher und an sich vielfältig bekannter Weise Stabstähle auf unterschiedlichen Bahnen durch das Stabstahlwalzwerk zu fördern. Hierbei versteht es sich, dass als Austrag auch alle anderen diesbezüglich geeigneten Einrichtungen dementsprechend an dieser Stelle vorteilhaft zur Anwendung kommen können. Je nach konkreter Ausgestaltung des Austrag können über diesen auch Stabstähle aus dem Walzgerüst kommend in ein Lager überführt werden und nach Bedarf über diesen Austrag, wenn er reversiert betrieben wird oder auf sonstige Weise, beispielsweise über einen Kran, an dieser Stelle wieder eingesetzt und dem Ofen zugeführt werden, um diese in herkömmlicher Weise nachträglich mit Wärme zu behandeln.
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Vorzugsweise umfasst die zwischen Walzgerüst vorgesehene Kühlstrecke den Austrag, was letztlich baulich besonders einfach umzusetzen ist und dementsprechend auf baulich einfache Weise höchste Flexibilität in der Wegführung der jeweiligen Stabstähle ermöglicht.
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Auch kann hinter dem Ofen ein Eintrag angeordnet sein, sodass Stabstähle, die durch den Ofen wärmebehandelt worden, in ihrem Förderweg mit dem Förderweg für nicht zu behandelnde Stabstähle vereinigt werden können.
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Hinter dem Ofen kann eine Kühlstrecke angeordnet sein, sodass ein entsprechend wärmebehandelter Stabstahl aus dem Ofen kommend abgekühlt werden kann. Einerseits kann dieses einfach dadurch erfolgen, dass dieser abkühlen gelassen wird, also auskühlt. Vorzugsweise erfolgt an dieser Stelle ein gezieltes Abkühlen bzw. Abschrecken, wozu an dieser Stelle insbesondere eine Abschreckkühlstrecke vorgesehen sein kann. Als Abschreckkühlstrecke, oder aber auch als normale Kühlstrecke, kann insbesondere eine Wasser- oder Sprühkühlstrecke oder auch eine Kühlrohrstrecke vorgesehen sein. Neben Wasser können auch Polymer-Lösungen bzw. Öle oder Gase zum Kühlen genutzt werden.
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Vorzugsweise ist der vorgenannte Eintrag hinter der hinter dem Ofen vorgesehenen Kühlstrecke angeordnet, um sicher zu stellen, dass die Stabstähle anschließend ohne weiteres gemeinsam mit nicht behandelten Stabstählen in einem gemeinsamen Förderweg gefördert werden können.
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Vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für Blockstraßen bzw. Reversierwalzwerke, wobei diese auch für andere Walzwerke dementsprechend vorteilhaft zur Anwendung kommen kann. Als Stabstähle können insbesondere Knüppel, Grobblöcke oder Blöcke bzw. Brammen dementsprechend wärmebehandelt bzw. in dem Stabstahlwalzwerk gewalzt werden. Hierbei umfasst der Begriff Stabstahl sämtliche länglichen oder flachen Stahlerzeugnisse, welche im Wesentlichen gradlinig, also im Wesentlichen in unverbogener, längsgestreckter Form, durch das Walzwerk sowie die nachfolgende Adjustage und sonstige Nacharbeiten geführt werden. Während nach oben hin hinsichtlich der Durchmesser oder Querschnittsflächen diesbezüglich an sich keine Grenzen setzt sind, sind Stabstähle nach unten bin zu Drähten abzugrenzen, bei denen in der Regel Aufsprüh-, Aufwickel- oder sonstige zyklische Legeprozesse stattfinden und die in der Regel mit Durchmessern kleiner 25 mm, insbesondere kleiner 8 mm oder aber insbesondere bei nicht runden Querschnitten mit Querschnittsflächen kleiner 200 mm2, vorzugsweise kleiner 50 mm2, angesetzt werden.
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Es versteht sich, dass die Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen zu können.
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Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert, die insbesondere auch in anliegender Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Aufsicht auf eine Wegführung gewalzter Stabstähle eines ersten Stabstahlwalzwerks;
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2 eine schematische Aufsicht auf eine Wegführung gewalzter Stabstähle eines zweiten Stabstahlwalzwerks; und
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3 eine schematische Aufsicht auf eine Wegführung gewalzter Stabstähle eines dritten Stabstahlwalzwerks.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden aus einem Walzgerüst 1, welches bei diesem Ausführungsbeispiel ein Fertiggerüst ist, kommende Stabstähle zunächst einem Austrag 2 zugeführt, welcher Stabstähle, die nicht wärmebehandelt werden sollen, einem Quertransport 10 zuführt, wobei der Austrag 2 bei diesem Ausführungsbeispiel als Transfereinrichtung ausgebildet ist.
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Von dem Austrag 2 werden die Stabstähle, welche wärmebehandelt werden sollen, einem Rollgang 3 zugeführt, welche gemeinsam mit dem Austrag 2 eine Kühlstrecke 4 bildet, auf welcher diese Stabstähle auskühlen gelassen werden, bis sie einem Ofen 5 erreichen, in welchem diese wieder erwärmt werden können, wobei in dem Ofen 5 ein nicht bezifferter Quertransport vorgesehen ist. Je nach konkreter Umsetzung vorliegender Erfindung erfolgt das Erwärmen gezielt, das heißt auf bestimmt Temperaturen, beispielsweise auf 800°C oder 900°C, und/oder mit definierten Temperaturgradienten, oder beispielsweise lediglich als Ausgleich für Wärmeverluste auf der Kühlstrecke.
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Am Ende dieses Quertransports in dem Ofen 5 verlassen die Stabstähle entsprechend erwärmt den Ofen 5 und gelangen auf eine Kühlstrecke 6, welche bei diesem Ausführungsbeispiel als Abschreckkühlstrecke ausgebildet ist. Hierzu kann beispielsweise eine Sprühkühlstrecke oder auch eine Rohrkühlstrecke aber auch jede andere geeignete Anordnung, die einen entsprechenden Temperaturgradienten auf die Stabstähle aufbringen kann, dienen.
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Hinter der Sprühkühlstrecke 6 gelangen die entsprechend abgekühlten und wärmebehandelten Stabstähle zu einem Eintrag 7, mittels dessen der Förderweg dieser Stabstähle mit dem Förderweg der nicht wärmebehandelten Stabstähle vereinigt wird. Letztere haben während ihres Quertransports 10 eine Heißadjustage 8 in an sich bekannter Weise durchlaufen und werden nach dem Eintrag 7 ebenso wie die wärmebehandelten Stabstähle einem herkömmlichen Kühlbett 9 zugeführt.
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Das in 2 dargestellter Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach 2. Auch hier werden die Stabstähle beim Verlassen eines Walzgerüstes 1, welches auch bei diesem Ausführungsbeispiel ein Fertiggerüst ist, einem Austrag 2 zugeführt, welcher über einen nicht separat bezifferten Quertransport die Stabstähle, die nachträglich einer Wärmebehandlung unterzogen werden sollen, unmittelbar in und durch einen Ofen 5 führt. Am Ende des Ofens 5 verlassen diese Stabstähle auf eine gewünschte Endtemperatur erwärmt den Ofen 5 und gelangen in eine Kühlstrecke 6, wo sie gezielt abgekühlt ggf. sogar abgeschreckt werden. Auch diese Kühlstrecke 6 ist als Abschreckkühlstrecke ausgebildet.
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Über einen Quertransport 10 verlassen diese Stabstähle die Kühlstrecke 6 und werden wieder in den Förderweg der nicht mit Wärme zu behandelnden Stabstähle eingebracht, welche den Austrag 2 auf einem Rollgang 3 verlassen, welcher in an sich bekannter Weise durch eine Heißadjustage 8 führt.
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Sowohl letztere Stabstähle als auch die wärmebehandelten Stabstähle werden anschließend einem konventionellen und an sich bekannten Kühlbett 9 zugeführt und in an sich bekannter Weise nachbehandelt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Kühlstrecke 4 wesentlich kürzer als bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 ausgebildet und umfasst lediglich den Austrag 2. Es versteht sich, dass ggf. der Eintrag in den Ofen 5 auch bei dem in Figur dargestellten Ausführungsbeispiel längs erfolgen kann, was letztlich ggf. jedoch zu einer Baulängenerhöhung führt. Auch kann bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Austrag 2 in dem Ofen 5 vorgesehen sein, was letztlich bei den geradlinig durch den Ofen 5 und den Austrag 2 laufenden Stabstählen, die an sich keiner Wärmebehandlung unterzogen werden, zu Energieverlusten führen kann, die jedoch, wegen der Kürze der Verweilzeit dieser Stabstähle in dem Ofen 5 unkritisch sein kann. Ebenso kann bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 der Ofen 5 unmittelbar hinter dem Austrag 2 vorgesehen sein, was letztlich zu entsprechenden ausgleichenden baulichen Maßnahmen hinter der Kühlstrecke 6 bzw. bei dem Quertransport 10 führt.
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Das in 3 dargestellte Stabstahlwalzwerk entspricht im Wesentlichen dem Stabstahlwalzwerk nach 1. Insoweit wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf eine erneute Darstellung identischer Baugruppen und deren Anordnung untereinander sowie identischer Verfahrensabläufe verzichtet. In Abweichung zu dem Ausfühu8rngsbeispiel nach 1 weist das Stabstahlwalzwerk nach 3 jedoch anstelle eines Kühlbetts 9 zunächst eine Glühbehandlung 11 auf, an welche sich dann ein entsprechendes jedoch nicht dargestelltes Kühlbett anschließt. In der Glühbehandlung 11 kann beispielsweise ein ”spannungsarm Glühen” oder eine ähnliche Nachbehandlung inline erfolgen, so dass anschließend entsprechende Stähle unmittelbar das Walzwerk verlassen können.
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Beide Stabstahlwalzwerke zeichnen sich durch ein verhältnismäßig geringen Energiebedarf und eine flexible Prozessführung, insbesondere dadurch, dass über den Austrag 2 und den Eintrag 7 eine Bypass-Möglichkeit gegeben ist, aus. Insbesondere liegt an sich am Ende der Kühlstrecke ein fertiges Endprodukt vor, wobei durch den geringeren Energiebedarf deutlich verringerte Durchlaufzeiten und insbesondere auch minimierte Lagerkosten gegenüber dem Stand der Technik gegeben sind.
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Durch die Wiedererwärmung bzw. gezielte Erwärmung in dem Ofen 5 sowie durch die gezielte Abkühlung in der Kühlstrecke 6, was vorzugsweise jeweils auf entsprechend voreingestellte Temperaturen erfolgt, kann die Qualität der jeweiligen Stabstähle in gewünschter Weise sehr flexibel eingestellt bzw. gewählt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Walzgerüst
- 2
- Austrag
- 3
- Rollgang
- 4
- Kühlstrecke
- 5
- Ofen
- 6
- Kühlstrecke
- 7
- Eintrag
- 8
- Heißadjustage
- 9
- Kühlbett
- 10
- Quertransport
- 11
- Glühbehandlung
